工程師：開關電源PCB電磁兼容(EMC)性建模分析

建立印刷電路板走線高頻模型和提取走線間寄生參數的主要困難是決定印刷板線條單位長度的電容量和單位長度的電感量。通常有三種方法可以用來決定電感、電容矩陣元件：

(1)有限差分法(FDM)；(2)有限元法(FEM)；(3)動量法(MOM)。

當單位長度矩陣被精確的決定以后，通過多導體傳輸線或部分元等效電路(PEE C)理論，就可以得到印刷電路板走線的高頻仿真模型。Cadence 軟件是一種強大的EDA 軟件，它的SpecctraQuest 工具可以對PCB 進行信號完整性和電磁兼容性分析，用它也可以對印刷電路板走線進行高頻建模，實現對給定結構的PCB 進行參數提取，并且生成任意形狀印制導線走線的電感、電容、電阻等寄生參數矩陣，然后利用PEEC 理論，就可以進行EMC 仿真分析。

共模和差模噪聲的電路模型

通常電路中的共模干擾和差模干擾是同時存在的，共模干擾存在于電源的任意一個相線與大地之間，差模干擾存在于相線與相線之間。法國 Grenoble 電技術實驗室的Teuling、Schnaen 和Roudet 基于由MOSFET 構成的400W、開關頻率為100KHz 的斬波電路實驗模型的研究表明，低頻時差模干擾占主導地位;高頻時，共模干擾占主導地位，這說明開關電源的差模干擾和共模干擾對電路的影響程度是不同的;另一方面，線路寄生參數對差模干擾和共模干擾的影響也不同，由于線間阻抗與線———地阻抗不同，干擾經長距離傳輸后，差模分量的衰減要比共模大。因此，為了解決開關電源的傳導噪聲問題，需要首先區(qū)分共模和差模干擾，這就需要建立共模和差模噪聲路徑，然后對它們分別進行仿真和分析，這種方法便于我們找到電磁干擾問題的根源，便于問題的解決。

在工程上可以用電流探頭來判斷電源是共模還是差模占主導地位，探頭先單獨環(huán)繞每根導線，得出單根導線的感應值;然后再環(huán)繞兩根導線，探測其感應情況，如果感應值是增加的，則線路中的干擾電流是共模的，反之是差模的。在理論分析中，針對不同的系統，需要分別建立它們的共模和差模噪聲電流模型，在我們上述分析的基礎上，綜合考慮功率器件的高頻模型和印制導線相互耦合關系，我們得到了半橋QRC 變換器的共模和差模干擾電路模型，它示于圖3。圖中的LISN(Line ImpedenceStabilizing network) 是EMC 檢測規(guī)定的線性阻抗固定網絡。因為對于50Hz 工頻信號LISN 的電感表現為低阻抗，電容表現為高阻抗，所以對工頻信號LISN 基本不衰減，電源可以經LISN 輸送到半橋變換器中。而對于高頻噪聲，LISN 的電感表現為大阻電容可以視為短路，所以LISN 阻止了高頻噪聲在待測設備和電網之間的傳送，因此，LISN 起到了為共模和差模干擾電流在所需測量的頻段(典型值為100KHz ~30MHz)提供一個固定的阻抗(50ohm)的作用。

圖3 半橋QR C 變換器的噪聲模型

在上圖中，共模噪聲電流分別從兩套LISN 出發(fā)，經過電路開關器件、變壓器、PCB 印制導線、副邊電路，又回到LISN 形成共模噪聲電流回路。差模噪聲電流則在兩套LISN、印制導線、開關器件、變壓器之間形成回路。共模噪聲和差模噪聲可以分別取自兩套LISN的電阻上電壓的之差的一半或之和的一半。

即：

所以：

用同樣的方法，可以很方便的得到其它拓撲的傳導干擾電路模型。